Hyco Canada ltée, une division du groupe WEBER-HYDRAULIK, se consacre à la fabrication de vérins hydrauliques depuis plus de 50 ans. L’entreprise est spécialisée dans les vérins hydrauliques à tige et télescopiques utilisés dans divers secteurs et pour une vaste gamme d’applications, notamment les grues marines, les systèmes de ripage de plate-forme et les élévateurs de planchers de forage.
Les plates-formes de forage en mer posent de nombreux défis aux travailleurs. Comme l’extraction de pétrole s’effectue dans des conditions d’exploitation contraignantes, il est impératif de pouvoir compter sur des systèmes hydrauliques fiables, peu importe les conditions environnementales. L’un de ces défis consiste à contrebalancer les instabilités causées par les vagues et les courants marins, car celles-ci peuvent avoir une incidence considérable sur la machinerie utilisée pour le forage pétrolier.
Le projet
Hyco Canada a fait appel aux services d’ingénierie 3D de Creaform pour valider l’intégrité structurelle du piston d’un vérin hydraulique. Pour ce faire, l’équipe de simulation numérique (FEA/CFD) de Creaform a effectué l’analyse structurelle d’un piston soumis à un impact d’une vélocité de 2 pieds par seconde, ainsi qu’à une simulation du déplacement d’une plate-forme de forage sous l’influence des vagues. Le projet exigeait une expertise variée : modélisation par éléments finis, analyse dynamique transitoire non linéaire (algorithme implicite) pour le scénario d’impact et calcul des marges de sécurité pour les composants métalliques et les joints d’interface (attaches).
Pour évaluer la robustesse de l’assemblage, l’équipe a utilisé une méthode de calcul implicite dans le cadre d’une simulation transitoire non linéaire. Des conditions aux limites non linéaires ont servi à recréer le scénario d’impact. Des algorithmes de vélocité initiale et de contact entre la pièce mobile (le piston) et le vérin, ainsi qu’un amortissement structural simulant la viscosité des fluides environnants, ont été utilisés pour illustrer la dynamique de l’impact. Le comportement des matériaux de tous les composants a été reproduit à l’aide de propriétés linéaires (élastiques). Les composants métalliques et les joints soudés ont été rendus dans un maillage hexaédrique et tétraédrique 3D permettant l’extraction de contraintes de Von Mises. Ces contraintes ont servi à évaluer l’intégrité structurelle de composants et de joints soudés au cours du scénario d’impact. Les boulons ont été rendus par des éléments unidimensionnels afin de permettre l’extraction de chargements, utilisée pour calculer les marges de sécurité par rapport à la fissuration du filetage, à la tension, à la corrosion et au glissement des attaches et des composants d’interface adjacents. L’intégrité structurelle de la structure (fondée sur les marges de sécurité calculées en fonction de composants structuraux) et des joints de soudure et autres joints, a été démontrée dans le cadre d’un scénario d’impact à 2 pieds par seconde, conformément aux spécifications fournies par le client.
Défis techniques
Le projet exigeait des connaissances et une expertise technique dans le domaine des analyses dynamiques transitoires, sans quoi il aurait été impossible d’établir des paramètres adéquats, notamment en ce qui a trait aux algorithmes de contact et aux valeurs d’amortissement. Compte tenu de la nature de la problématique, des dynamiques tant implicites qu’explicites auraient pu être utilisées pourvu que leurs paramètres aient été sélectionnés avec soin. Pour simuler l’impact, l’équipe a choisi d’effectuer une analyse dynamique transitoire non linéaire sur une section correspondant au quart de la géométrie symétrique du vérin. L’intervalle de temps, quant à lui, a été déterminé en fonction d’une analyse modale préalable des composants d’impact.
WEBER-HYDRAULIK
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